高等职业教育图学教学创新实践

杨鹏 杨道富

摘 要 图学教育是研究、传承人类文明发展、创新的基础平台，是高等职业教育重要的基础学科。黄河水利职业技术学院在高教杯全国大学生成图创新大赛中取得优异成绩，与学校重视图学教育，创新图学教学，运用科学计算可视化教学手段、虚拟现实教学手段、建筑模型教学手段、同步建模教学手段、裸眼三维图形教学手段、制造业3D打印教学手段密不可分。

关键词 高等职业教育；图学教学；教学手段

中图分类号 G718.5 文献标识码 A 文章编号 1008-3219（2015）11-0023-03

在第40个“国际扫盲日”，联合国把“不会读图和使用计算机”新定义为“功能型文盲”。“图乃源于万物之形，图之源与宇宙同生并存。文字源于图，数也源于图。世界5大古文明中心的汉字象形文字、古埃及象形文字、中美洲玛雅象形文字、古印度印章象形文字、苏美尔楔形象形文字等都来源于图。”[1] 由此看来，图学是象形文字、科技文化的起源，也是表达形态、展示结构、核定尺度、推理计算的形象化和量化的工具。图学教育与人类文明的发展紧密相连，是研究、传承人类文明发展、创新的基础平台。图学与其他学科一起持续不断地记录着人类社会发展的文化轨迹。随着科技的发展，图学描述、记载、储存信息的途径、方法、手段不断更新演变，在此大背景下，高等职业教育各类专业的图形表达要做到“科学、合理、正确、完整、清晰、简洁”的图学展示和规范应用。

一、高等职业教育图学概念梳理

现代汉语词典认为，文学是以语言文字为工具形象化地反映客观现实的艺术[2]，数学是研究现实世界的空间形式和数量关系的学科[3]，可以推论图学是研究展示空间事物形象特征和空间形式规律的学科。在高等职业教育范畴下，高职图学则应以教育为手段，培养展示空间事物形象特征和空间形式数量规律的高层次的职业技术人才。其学科分类如表1所示[4]。

二、高等职业教育图学的教学创新

（一）科学计算可视化教学手段

科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing）是对科学计算取得的数据进行可视化加工或三维图形显示。科学计算可视化涉及标量、矢量、张量的可视化，流场的可视化，数值模拟及计算的交互控制，海量数据的存储、处理及传输，图形及图像处理的向量及并行算法等，可以广泛用于现代高等职业教育图学教学中。

（二） 虚拟现实教学手段

虚拟现实（Virtual Reality，VR）也称灵境技术，被应用到军事、医学、教育、科研等多个领域。利用计算机生成一个关于视觉、听觉、触觉等感官体验的三维空间的虚拟世界，让参与者如身临其境一样。利用计算机模拟产生逼真的三维空间，以人们习惯的能力和方法，对这个虚拟世界进行客观的观察、体验、控制甚至分析，让使用者通过感应装置，自然地参与到虚拟环境中，进行逼真体验，与之交互，提高学习效率。

（三）建筑模型（BIM）教学手段

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是近年来在建筑业出现的数字化建模新技术。BIM 是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立。具有可视化、协调性、模拟性、优化性和实用性五大特点。这些建筑模型的数据在建筑信息模型中的存在是以多种数字技术为依托，从而以这个数字信息模型作为各个建筑项目的基础，去规划、组织、实施各项相关工作。

（四）同步建模教学手段

同步建模技术是在参数化、特征化建模技术基础上发展起来的一种新兴的、非常灵活的三维建模技术。同步建模技术不仅可以应用于零件建模，还可应用于装配建模。同步建模是设计过程的一种改革，设计中草图可在模型中随时更改，用于项目方案设计和高等职业教育教学。

（五）裸眼三维图形教学手段

裸眼三维图形给人以真实感的图形显示。真实感图形显示技术是计算机图形学的一个重要组成部分，能够综合利用数学、物理学、计算机科学和其他科学知识在计算机图形设备上生成像彩色照片那样的具有真实感的图形，用于各行各业、各类职业教育教学。

（六）制造业3D打印教学手段

3D打印技术基本原理是图形学的扫描线生成算法和层叠控制技术。三维快速打印制造技术的出现和普及，被视作是第三次工业革命，是由去处材料加工向叠加材料加工产品的转变，改变了生产加工产品的方式，适合要求工期短、精度高、需求量少的配件生产。

三、高等职业教育图学教学创新实践成果

“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛在全国具有较大影响，被教育部图学教指委、中国图学学会等称为图学竞赛的“奥运盛会”。

2013年第六届“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛（简称“高教杯成图创新大赛”）举办，全国126所院校的170支代表队、1214名学生、638名教师参加大赛。竞赛设置机械类、建筑类、水利类、道桥类4个类别，竞赛内容分手工绘图、计算机绘图与建模3个部分。黄河水利职业技术学院（简称黄河水院）代表队获水利类和道桥类两个团体一等奖，以及建筑类二等奖。水利类代表队连续5次取得团体总分第一，道桥类代表队连续2次总分第一。

全国机械、建筑、水利专业共有5所学校获得3连冠，分别为黄河水利职业技术学院、河南工业大学、哈尔滨工业大学、武汉城市学院、合肥工业大学。2012年8月，上海比赛，黄河水院水利一等奖1283分，其他学校依次为武汉大学1064分、河海大学1021分、西安理工大学1017分等。黄河水院道桥一等奖1164分。2013年8月，广州比赛，黄河水院水利一等奖1009分，以后依次为河海大学819分、西安理工大学、三峡大学、华南农业大学、武汉大学、南昌工程学院、扬州大学、长春工程学院等。黄河水院道桥一等奖1050分，其他学校依次为东北林业大学918分、山东交通学院、三峡大学、扬州大学、华南农业大学等。

高教杯全国大学生成图创新大赛，参加学校范围很广，有全国（包含港澳台）985、211、军队海陆空高校参加，黄河水院自2009年参加竞赛以来连续5次获得团体（5人一组）一等奖，而且每次都以总分高出第二名学校100～200分遥遥领先。

总之，学校根据社会需要调整专业设置，根据企业需求调整教学内容，根据学生水平调整培养计划，依托科技发展调整教学手段，跟踪学科前沿调整教育内涵，在图学教学创新实践方面取得了丰硕的成果。“古之学者，为学有要；置图于左，置书于右；索象于图，索理于书”，“若欲成天下之事业，未有无图谱可行于世者”[5]，“一图胜千言”， 图学是“世界工程界的语言”[6]。图学教育是高等职业教育的基础课程之一，为此，要加强高等职业图学教育，培养现代高端的图学职业人才，以适应经济社会发展的需要。

参 考 文 献

[1]百度百科：象形文字[EB/OL].[2014-01-02]. http：//baike.baidu.com/ view/104404.htm.

[2][3]中国社会科学院语言研究所词典编辑室. 现代汉语词典（第六版）[M].北京：商务印书馆，2012.

[4]百度百科：授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录[EB/OL]. [2013-11-08].http：//baike.baidu.com/view/2470727.htm.

[5]管计锁.20世纪90年代郑樵目录学思想研究综述[J].图书与情报.2001（3）：40-44.

[6]杨道富.国际技术交流中图纸快速翻译研究[J].黄河水利职业技术学院学报，2004（1）：34-36.